[发明专利]自适应伪闭环电荷泵电路

说明书

本发明涉及一种电子技术领域，具体涉及一种自适应伪闭环电荷泵电路，可以根据应用环境自动切换电荷泵环路状态，所述自适应伪闭环电荷泵电路包括：一闭环电荷泵电路，用于升压产生额定输出电压；一检测电路，用于检测输入输出电压、输出电流、音频输入信号等系统应用环境；一环路选择电路，通过判断所述系统应用环境闭合或断开升压反馈通路；一组环路控制开关，连接所述检测电路，控制所述控制信号的传递方向，于开环和闭环之间切换。本发明所述一种自适应伪闭环电荷泵电路，实现实时检测输入电压和输出功率等应用环境，选择最优的环路控制方式，进行升压输出，不仅降低了静态功耗，提升效率，而且又减小了输出纹波的幅度。

技术领域

本发明涉及一种电子技术领域，尤其涉及一种自适应伪闭环电荷泵电路。

背景技术

在如今的音频功放市场中，大音量、低失真的DG类功放(Class-D+DC-DC)逐渐占据主导。D类功放自身的高效率特征，加之不输AB类功放的总谐波失真加噪声(THD+N)表现，使其备受青睐。而在便携式应用系统中，DC-DC升压模块102，更是将D类功放的输出范围，亦即输出功率，进一步提升，从而产生了新的音频功率放大模式，DG类音频功率放大器。图1给出了一种典型的DG类音频功率放大器结构，其中包括一D类音频放大调制电路101，用于将输入的音频信号转换成固定开关频率的脉冲宽度调制(PWM)信号，而驱动电路103利用该PWM信号进行扬声器104的驱动；不同于传统D类放大器的是，其中驱动电路103的电源由DC-DC升压电路102提供。因此，升压输出的噪声和纹波将直接附加于音频驱动输出上，而系统效率为D类音频放大器101、驱动电路103的效率和升压电路102的效率之乘积。而其中，Boost升压电路，因其较高的效率，被一些系统选择用以实现升压功能。然而，昂贵的电感价格和严重的电磁干扰使得更多的用户对其望而却步，转而选择效率略低，但干扰更小，价格更便宜的电荷泵升压方案。

为了弥补电荷泵天生效率上的不足，业界工程师们逐渐放弃了稳定的闭环电荷泵控制电路，采用开环应用辅以过压保护来实现更高效率的电荷泵设计。然而，开环设计的电荷泵在达到额定电压后，将处于断续工作状态，因此会在输出端产生电压纹波。该电压纹波由回滞电压决定，而纹波频率还与负载电容和负载电流相关。换言之，在确定的回滞电压(芯片设计)和负载电容(系统设计)的应用条件下，一定存在一个负载电流范围，使得输出电压的纹波频率处于音频范围内。尽管Class-D自身有一定的电源抑制能力，但在当今低失真、低噪声的市场需求下，该纹波将直接影响音频系统的噪声特性。

另一方面，被抛弃的闭环电荷泵结构却拥有更小的输出纹波和更高的纹波频率。但是，正因为闭环电荷泵结构的常时工作状态，及其兆级的开关频率，使其具有更高的静态功耗。更严重的是，在中等负载和重载的情况下，非完全导通的开关MOS具有更高的等效阻抗和更大的输出压降，使得系统效率下降异常显著。

发明内容

本发明的目的，在于取两种结构之优点，调和上述矛盾，提出了一种自适应环路控制电路，有效地平衡系统效率和输出纹波的矛盾。该控制电路的特点在于，实时检测输入电压和输出功率等应用环境，选择最优的环路控制方式，进行升压输出，即降低了静态功耗，提升效率，又减小了输出纹波的幅度。

为了实现上述目的，包含本发明的DG类音频功放框架如图2所示，D类音频功率放大调制电路101，D类音频驱动103，扬声器104均可沿用现有的设计结构，而误差放大器221，电荷泵驱动电路222和分压反馈电路223所构成的闭环电荷泵电路也与现有设计结构相同。而本发明所提出的自适应伪闭环控制电路的核心在于电荷泵检测电路224及其输出信号225的控制方式。电荷泵检测电路的功能包括但不仅限于：输入电压检测、输出电压检测，输出负载/电流检测，音频输入信号检测；并通过相关检测结果，判断电荷泵所需的工作方式，包括但不仅限于：闭环升压输出、开环升压输出、电源直通输出；最终再通过控制信号实时改变环路及驱动方式，从而实现驱动方式的最优化，有效缓和电荷泵输出噪声与效率之间的矛盾。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：